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國立高雄科技大學 機械工程系 林明宏所指導 張宗霖的 離岸風機塔架轉接段製造技術研究 (2020),提出AWS Certification PT關鍵因素是什麼,來自於離岸風能、離岸風機轉接段、可銲接性、銲接裂紋。

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離岸風機塔架轉接段製造技術研究

為了解決AWS Certification PT的問題,作者張宗霖 這樣論述:

目 錄中文摘要 i英文摘要 ii誌謝 iii目錄 iv表目錄 vii圖目錄 viii第一章、緒論 11.1 研究動機與目的 11.2 研究方法與步驟 2第二章、文獻探討及理論分析 42.1 國際離岸風能發展概況、目標及趨勢 42.2 台灣離岸風能發展目標及政策 82.3 離岸風場設施配置及基礎結構型式與發展趨勢 82.4 離岸風機轉接段結構設計及製造重點 132.5 金屬可銲接性探討 132.5.1 ISO/CEN銲接製程之裂紋防止應用標準 142.5.2 材料化學元素及冶金特性對銲接性之影響 152.5.3 轉接段可銲接性評量方法及應用要求 162

.5.4離岸風機金屬材料選用及其碳當量比較分析 362.5.5 以化學組成以外之方法進行可銲接性測試 392.6 金屬銲接缺陷分類、成因及防止對策探討 402.6.1 冷裂紋 422.6.2 銲道熱裂紋 482.6.3 銲道下裂紋 512.6.4 再熱裂紋(Reheat crack) 522.6.5 層狀撕裂(Lamellar tears) 55第三章、離岸風電驗證及風機結構製造標準 583.1 離岸風場專案驗證 583.2固定基礎風機之風場DNV-GL應用標準 593.3 離岸風機支撐結構製造驗證系統、標準及規範要求 603.3.1 離岸風機轉接段製造基本法規及標準

603.3.2 離岸風機轉接段製造須取得之基本驗證項目 613.3.3 材料管制要求 623.3.4 離岸風機轉接段製造之銲接管制要求 623.4 EN 1090 623.5 ISO 9001品質管理系統概述 633.6 ISO 3834金屬材料熔融銲接品質要求 643.6.1 適切品質等級要求選擇準則(ISO 3834-1) 653.6.2 完整的品質要求(ISO 3834-2) 673.6.3 標準及基本的品質要求(ISO 3834-3 & ISO 3834-4) 673.6.4 宣告符合銲接品質要求之必須遵循標準文件(ISO 3834-5) 673.6.5 ISO

3834執行指引 (ISO 3834-6) 673.7 ISO 14731銲接管理事項及人員要求 683.7.1必要之銲接管理事項 683.7.2銲接管理人員責任定義 693.7.3銲接管理人員之資格能力分級 693.8 ISO 15607金屬材料銲接程序規範及檢定通則 703.9 ISO 9606銲工檢定試驗 70第四章、台灣離岸風機製造發展概況及管制重點 714.1 製造技術導入及整合之關鍵 714.2 技術人員種類、來源、訓練、資格取得及實務經驗養成 724.3 製程規劃、管理及生產效率提升 734.4 離岸風機水下基礎結構及轉接段製造所面臨瓶頸 734.4.1

技術瓶頸 744.4.2 人力資源瓶頸 754.5 轉接段銲接缺陷案例分析探討 75第五章、轉接段製程技術案例研究探討 775.1 轉接段結構概況及主要製造流程控管 775.2 製程標準驗證及人員資格取得 795.3轉接段製造銲接製程規劃 795.3.1 各式銲接製程方法特性及其選用原則 795.3.2轉接段主體結構銲接製程規劃實例 805.3.3銲接製程背剷程序及檢驗 815.4 銲接程序規範書及程序檢定紀錄 825.4.1銲接程序規範書及程序檢定依循標準 825.4.2銲接程序規範書準備及其檢定 835.4.3轉接段主體結構銲接程序規範書實例探討 835.5文獻

標準於銲接程序重要參數制定之應用與驗證 935.5.1銲接程序檢定之規範及標準要求條件重點 935.5.2銲接程序規範與實際檢定結果之對應關係 945.5.3以實例驗證銲接裂紋防止最低預熱溫度 975.6 銲接製程管制 1005.7 製造廠區配置 1005.8 各廠區主要製造流程規劃 1015.8.1 轉接段製造生產動線配置 1015.8.2 轉接段主體結構分段預製產線流程(產線A) 1025.8.3 轉接段主體結構組銲產線流程(產線B & C) 1035.8.4 轉接段次結構製造流程(次結構預製廠及產線D流程) 1045.9 轉接段加工製程執行概況 1055.9.1轉

接段主體分段結構預製 1065.9.2主體分段結構與法蘭及次結構組銲 1115.9.3轉接段主體結構組配及銲接製程 113第六章、結論與建議 1216.1 結論 1216.2 建議 122表 目 錄表2. 1國際風能部署目標 [4] 6表2. 2適用CE-Method之母材化學成分組成範圍 17表2. 3擴散氫量表 18表2. 4銲接製程之熱效率k值 19表2. 5以CE-Method決定預熱溫度步驟 21表2. 6熱機軋延高強度結構鋼碳當量允許值 22表2. 7 EN 10025-4標準規定之熱機軋延結構鋼碳當量允許值 22表2. 8適用CET-Method之母材化

學成份組成範圍 23表2. 9 CET-Method適用條件範圍 23表2. 10範例鋼材化學成分組成(WT%) 25表2. 11可達10 ml/100g低氫含量銲接製程方法 31表2. 12 CE值判定方法步驟 33表2. 13熱影響區硬度控制法判定步驟 33表2. 14擴散氫控制法判定步驟 34表2. 15冷裂紋敏感指數(Pcm)及相對應擴散氫含量指標群組 35表2. 16三種拘束等級條件下之最低預熱及道間溫度 35表2. 17 DNVGL-OS-B101可銲接性改良高強度結構鋼之Pcm允許值 37表2. 18 DNVGL-OS-B101對超高強度結構鋼之CE(Ceq)

, CET及Pcm值 38表2. 19不同板厚S355ML/S355 J2G3鋼材實際成份之可銲性指標值 38表2. 20銲道裂紋測試 [15] 40表2. 21常用低合金鋼之再熱裂紋敏感性程度 [26] 54表2. 22層狀撕裂之分類、成因及對策 57表3. 1 ISO 3834品質要求等級準則比較 65表5. 1 FCAW程序檢定銲接參數紀錄摘錄 95表5. 2轉接段主結構體銲道超音波檢驗統計表 119圖 目 錄圖1. 1研究流程圖 3圖2. 1全球離岸風能累計裝機容量 [4] 5圖2. 2固定基礎離岸風機2020年裝機容量分布狀態 [5] 7圖2. 3浮動式離岸風機

2020年裝機容量分布狀態 [5] 7圖2. 4「風力發電4年推動計畫」推動架構 [3] 8圖2. 5離岸風場風電設施配置示意 [6] 9圖2. 6離岸風場風離岸及陸上變電站示意 [7] 9圖2. 7風機水下基礎種類 [6] 10圖2. 8離岸風機結構示意及部位名稱 [8] 10圖2. 9單樁基礎風機塔架及轉接段結構示意 [6] [9] 11圖2. 10 百萬瓦風機結構與建物相對高度比較 [10] 11圖2. 11風機功率及結構大型化發展趨勢 [11] 12圖2. 12 離岸風場專案規模及風機容量發展及趨勢 [1] 12圖2. 13不同等級之標準分類範例 [20] 15圖

2. 14 決定合併厚度範例 [18] 18圖2. 15 CE-Method銲接預熱溫度判定圖 21圖2. 16查詢圖表方式決定銲接預熱溫度 (ISO/TR 17844 Figure 7) 27圖2. 17硬度350HV及400HV之臨界冷卻速率 (ISO/TR 17844 Figure 12) 28圖2. 18鋼鐵之碳及碳當量特性區分圖 (ISO/TR 17844 Figure 13) 30圖2. 19 SMAW輸入能量與填角銲腳長關係 (ISO/TR 17844 Figure 14a) 32圖2. 20 SAW輸入能量與填角銲腳長關係 (ISO/TR 17844 Figure

14b) 32圖2. 21相同翼板及腹板厚度單道SAW填角銲條件 (ISO/TR 17844 Figure 15a) 34圖2. 22銲件裂紋生成位置示意圖 [26] 41圖2. 23 HAZ冷裂紋之巨觀、微觀金相照片 [26] 42圖2. 24冷裂紋形成主要三大效應及氫脆裂破斷面SEM顯微組織 [27] 43圖2. 25高強度鋼(490 N/mm2)銲道熱影響區硬度分佈曲線 [29] 45圖2. 26高強度低合金鋼t8/5冷卻溫度與HAZ最大硬度關係 [29] 45圖2. 27銲接處氫元素擴散示意圖 [28] 46圖2. 28氫於肥粒鐵及沃斯田鐵中在不同溫度之擴散係數 [28

] 46圖2. 29對接銲件之拘束度模型示意圖 [26] 47圖2. 30銲道熱裂紋巨觀金相 [30] 48圖2. 31碳鋼前二道銲道典型凝固熱裂紋巨觀及微觀組織 [31] 48圖2. 32化學成份對鐵金屬凝固溫度區間之影響 [26] 49圖2. 33深/寬比和UCS值對銲道熱裂紋之影響 [26] [32] 50圖2. 34銲接速度對熔池型態影響[26] 50圖2. 35附加應變對銲道最大裂紋長度之影響 [26] 51圖2. 36典型銲道下裂紋及碳鋼與低合金鋼之裂紋狀態 [28] 52圖2. 37於HAZ粗晶區發生且沿晶界開裂之再熱裂紋 [33] 52圖2. 38雜質元素含

量對晶界塑性變形量之影響 [26] 53圖2. 39沃斯田鐵晶粒大小對晶界引裂應力的影響 [26] 54圖2. 40層狀撕裂之巨觀金相 [35] 55圖2. 41層狀撕裂發生過程之示意 [26] 56圖2. 42 12.5~50mm板厚鋼材含硫量與STRA之關係 [18, 34] 56圖2. 43典型之銲接接頭層狀撕裂 [26] 56圖2. 44以銲接堆積及接頭設計改善層狀撕裂方法範例 [18] 57圖3. 1固定基礎離岸風場DNV-GL應用標準 [5] 59圖3. 2離岸風電法規及標準等級排序 60圖3. 3相關ISO銲接標準對應關係 61圖3. 4銲接製程系統管制方法

[39] 68圖5. 1轉接段主體結構及主要銲縫配置示意 78圖5. 2轉接段縱向銲道開槽及WPS配置規劃範例 81圖5. 3轉接段周向銲道開槽及WPS配置規劃範例 81圖5. 4轉接段周向銲縫SAW WPS範例 84圖5. 5 EN ISO 14171 SAW銲線編碼規則範例 85圖5. 6 EN ISO 14174 SAW銲藥編碼規則範例 86圖5. 7 SAW WPQR試片銲接參數紀錄範例 87圖5. 8 SAW WPQR試片測試報告紀錄範例 88圖5. 9 SAW WPQR測試驗證報告範例 89圖5. 10轉接段周向銲縫FCAW WPS範例 90圖5. 11 EN

ISO 17632 FCAW銲線編碼規則範例 91圖5. 12 FCAW WPQR試片銲接參數紀錄範例 92圖5. 13風機塔架轉接段製造廠區配置 101圖5. 14轉接段主體結構製造動線規劃 102圖5. 15轉接段主體結構分段預製半成品產線流程 103圖5. 16主體結構組銲產線製造流程及時程規劃 104圖5. 17轉接段次結構預製產線製造流程 105圖5. 18轉接段主體結構預製流程 106圖5. 19主體分段結構第8段接板及開槽示意 106圖5. 20主體分段結構第8段展開示意 107圖5. 21主體分段結構第8段接板調整及尺寸量測 107圖5. 22對接開槽準

備,開槽深度約佔80%母材厚度 108圖5. 23接板組立暫銲前預熱、固定暫銲及電弧引導板設置 108圖5. 24接板完成之銲道研磨及灌漿孔開孔加工 108圖5. 25轉接段主體分段結構捲板成型 109圖5. 26主體分段結構內部銲道銲接前以中週波進行預熱 109圖5. 27主體分段結構縱向銲縫背剷及外部銲接 110圖5. 28銲道之銲接導引板移除及研磨 110圖5. 29轉接段主體分段結構整圓前及整圓後狀態 111圖5. 30 轉接段主體分段結構預製完成之銲道超音波檢測 111圖5. 31頂部及底部法蘭與主體結構之接頭配置狀態 112圖5. 32主體分段結構內部氣密平台組

銲 113圖5. 33主體分段2、3(左圖)及分段2、3、4(右圖)之組立狀態 113圖5. 34主體結構組立之接頭及組立尺寸測量 114圖5. 35分段結構第2、3、4段,內部銲道預熱及銲接狀態 114圖5. 36分段結構第5、6、7段之組立銲狀態 115圖5. 37以全站儀量測進行組立尺寸控制及檢查 115圖5. 38主體分段結構第8段及第1段連結組銲 116圖5. 39主體結構內部銲道根部背剷、開槽加工 116圖5. 40內部銲道之根部背剷及開槽加工後之PT檢驗 117圖5. 41以5組SAW銲機進行主體外部銲道同步銲接 118圖5. 42主體結構開孔作業 120圖

5. 43與主體結構爬梯、插管與支撐組銲及檢驗 120圖5. 44轉接段主體進行噴砂油漆概況 120